專利名稱：用于真空斷路器的觸頭材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空斷路器，一種真空斷路器或一種真空電路斷路器，更具體地說，涉及具有改進(jìn)的抗磨特性和大電流遮斷特性的真空斷路器的觸頭材料。
真空斷路器的觸頭由兩個(gè)相對置的觸頭即定觸頭和動(dòng)觸頭構(gòu)成，以在高真空中利用電弧在真空中的擴(kuò)散特性，進(jìn)行大電流遮斷或額定電流的接通與分?jǐn)唷?br> 對于真空斷路器這種觸頭所要求的主要性能如下(1)在電流遮斷期間或接通與斷開過程中抗焊性好;
(2)電流遮斷性能好，以及(3)電壓承受能力好。
在現(xiàn)有技術(shù)中這些向來被認(rèn)為是最基本的三個(gè)要求。進(jìn)行了各種研究，如新合金系統(tǒng)的研究，電極結(jié)構(gòu)的研究以及機(jī)理的研究，使得這三個(gè)基本要求被極大地改善了。這三個(gè)要求之外的其它重要要求是，低的且穩(wěn)定的溫升，低且穩(wěn)定的接觸電阻，好的抗磨性，低且穩(wěn)定的遮斷電流值。然而，這些要求彼此矛盾，因而不可能用一種金屬來滿足所有這些要求。所以在許多實(shí)際應(yīng)用過的合金材料中，至少兩種其不足性能可互補(bǔ)的元素結(jié)合使用，從而研制出適用于大電流、高電壓或其它條件下特定用途的合金材料。已經(jīng)研制出具有優(yōu)良特性的合金材料，不過，對于承受高電壓和大電流的真空斷路器的觸頭材料的要求也提高了，以致能完全滿足這些要求的真空斷路器的觸頭材料還沒有得到。
另一方面，近年來負(fù)載的多樣化繼續(xù)增加著用戶使用條件的艱難性。因此，需要使用一種真空斷路器，它保持上述三個(gè)基本要求不變，并且具有優(yōu)良的其它特性(所用于的電路負(fù)載與設(shè)備的要求)。近年來經(jīng)常有這種情況，即從具有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的真空斷路器系列中選取具有一個(gè)較好等級的真空斷路器。這導(dǎo)致大設(shè)備的使用和經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。例如，在上述三個(gè)基本要求必須被滿足而大電流遮斷特性與抗磨特性兼容的情況下。
一般地，當(dāng)進(jìn)行大電流遮斷時(shí)，觸頭表面被顯著損傷。這導(dǎo)致了材料磨損，具有這種被磨損了的表面的觸頭在接通斷開過程中或在遮斷過程期間造成許多附加缺點(diǎn)。因此，要求在遮斷大電流時(shí)磨損(由于金屬除去而導(dǎo)致觸頭表面的消耗)要小，即要求大電流遮斷特性與抗磨特性兼容。
一種已知的滿足三個(gè)基本要的觸頭材料是一種Cu-Bi合金，含不多于5%重量比(以后稱wt%)的抗焊成分例如Bi(日本專利公開號(hào)12131/1966)。這種Cu-Bi觸頭材料在晶體邊界分凝Bi，因而使合金本身成為易碎的。這樣便實(shí)現(xiàn)了低的開焊力，并且這種合金具有優(yōu)良的大電流遮斷性能。
公開號(hào)為23751/1969的日本專利一種用于大電流的用Cu-Te合金作為觸頭材料。雖然這種合金減輕了與Cu-Bi合金有關(guān)的問題，但它較Cu-Bi合金對大氣壓更敏感。因而這種Cu-Te合金缺少接觸電阻或其它性能的穩(wěn)定性。而且雖然由Cu-Te合金和由Cu-Bi合金制造的觸頭都有優(yōu)良的抗焊性能并在電壓承載能力方面被用于中等電壓領(lǐng)域內(nèi)是足夠的，但用于較高電壓領(lǐng)域它們就不能滿足了。
另一方面，一種公知的用于真空斷路器的觸頭材料是含Cr的Cu-Cr合金。這種合金觸頭在高溫下表現(xiàn)出Cr和Cu的較好的熱特性并因而在高壓承載能力和大電流遮斷特性方面具有優(yōu)良的性能。這樣，這種Cu-Cr合金被廣泛地用作高電壓承載特性和大容量遮斷特性兼容的觸頭材料。不過，Cu-Cr合金較之廣泛用作斷路器觸頭材料的含Bi不多于5%的Cu-Bi合金呈現(xiàn)很差的抗焊特性。因而，驅(qū)動(dòng)用Cu-Cr合金作觸頭的真空斷路器的操作機(jī)構(gòu)較之用Cu-Bi合金作觸頭的真空斷路器需要較大的斷開力。因而用Cu-Cr合金觸頭制造的真空斷路器在小型化和經(jīng)濟(jì)方面是有缺點(diǎn)的。
一種借助于在Cu-Cr合金內(nèi)填加抗焊金屬，如Bi或Te，獲得的一種Cu-Cr-Bi合金是公知的，這種合金顯著地改良了材料的抗焊性。不過，在諸如烘烤和銅焊的熱處理期間被汽化的Bi的量依所用的條件而改變，因而在大電流遮斷特性和抗磨損特性方面可能發(fā)生分散。當(dāng)切斷例如電動(dòng)機(jī)負(fù)載的感性電路的電流時(shí)，使用不考慮在通斷過程中的沖擊的一般真空斷路器就會(huì)過量的異常的沖擊電壓，負(fù)載儀表可能被破壞。
產(chǎn)生這種異常沖擊電壓的原因可歸結(jié)于當(dāng)在真空中切斷一個(gè)小電流時(shí)發(fā)生的切斷現(xiàn)象(一種在交流電流波達(dá)到自然零點(diǎn)之前進(jìn)行的強(qiáng)迫電流切斷)和高頻熄弧現(xiàn)象。
由于切斷現(xiàn)象而產(chǎn)生的異常沖擊電壓的值Vs由電路的沖擊阻抗Zo與電流切斷值Ic的乘積表示，即Vs＝Zo·Ic，因而，為減少異常過電壓Vs，必須減小電流切斷值Ic。
為了滿足上述要求，已經(jīng)研制出一種真空開關(guān)，其觸頭由鎢碳(WC)一銀(Ag)合金制成(日本專利申請?zhí)?8447/1967和美國專利3683138)，這種真空開關(guān)已投入使用。
由Ag-WC合金制成的觸頭有下列優(yōu)點(diǎn)①WC的存在增強(qiáng)了電子發(fā)射;
②觸頭形成材料的汽化借助于場發(fā)射電子的碰撞而使電極表示加熱而加速。
③觸頭呈現(xiàn)出低遮斷電流特性，這一特性是很好的，例如，用電弧分解觸頭材料中的碳并形成帶電粒子來維持電弧。
另一種呈現(xiàn)低切斷電流特性的觸頭材料是一種Ag-Cu-WC合金，它的Ag對Cu的比率接近7∶3。(日本專利申請?zhí)?9851/1982)。這種合金中，選擇了現(xiàn)有技術(shù)中沒有用過的Ag對Cu的比率，因而據(jù)說得到了穩(wěn)定的切斷電流特性。
而且，日本專利申請?zhí)?16648/1985指出，防弧材料的顆粒尺寸(即WC的顆粒尺寸)為0.2-1個(gè)微米對改良切斷電流特性是有效的。
而且，日本專利第一次分開號(hào)35174/1978披露了一種Cu-WC-Bi-W合金，其中上述的被燒結(jié)的合金的抗焊性被大大改善了。
用于真空斷路器的觸頭材料滿足上述的三個(gè)基本要求以及用戶強(qiáng)調(diào)的進(jìn)一步的要求(耐磨損性)是重要的。不過，這些要求彼此是矛盾的，因而不可能用一種金屬來滿足所有這些要求。在許多已被實(shí)際應(yīng)用的觸頭材料中，至少兩種不足性可互補(bǔ)的元素結(jié)合使用以研制出適用于大電流高電壓或其它特殊條件下特定用途的觸頭材料。具有優(yōu)良性能的觸頭材料被研制出來了。不過對于具有高可靠性的真空斷路器的觸頭材料的要求增加了，因而一種完全滿足這些要求的真空斷路器的觸頭材料還沒有得到。
例如，為了提供與抗磨損性有關(guān)的防弧性能，一種高沸點(diǎn)成分是有利的，不過，當(dāng)它暴露于電弧時(shí)，高沸點(diǎn)成分呈現(xiàn)高溫。因而，熱電子發(fā)射顯著。因而高沸點(diǎn)元素又是不利的，并且不能保持和改良大電流遮斷。
在上述的Cu-Bi觸頭材料中，材料的易碎性用于確保抗焊性能。因而，Cu-Bi觸頭材料在耐磨損性方面有致命弱點(diǎn)，在大電流遮斷期間或通斷過程中會(huì)發(fā)生表面粗糙，因而這種觸頭的接觸電阻特性顯示大的分散性。
在現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)Ag-WC觸頭材料中，銀隨著電流遮斷次數(shù)或通斷次數(shù)的增加相當(dāng)早期地被部分汽化。因而，局部發(fā)生了不含銀的部分，從而導(dǎo)致了觸頭磨損增加。這就是說，在已有技術(shù)中，包括WC和Ag的觸頭借助調(diào)節(jié)WC的含量可以改善大電流遮斷特性。不過，銀的含量可相對地改變，因而使抗磨損特性改變。為了在即使含Ag量相同的條件下獲得低而穩(wěn)定的兩種特性，必須進(jìn)行各種改進(jìn)。
在由WC-Ag合金制成的觸頭(日本專利申請?zhí)?8447/1967和美國專利3683138)中，大電流遮斷特性本身是不夠的，因而不考慮改進(jìn)耐磨損特性，在Ag對Cu的重量比接近7∶3的Ag-Cu-WC合金(日本專利申請?zhí)?9851/1982)和防弧材料的顆粒尺寸為0.2-1微米的合金(日本專利申請?zhí)?16648/1985)中，它們的耐靡損特性不完全滿意。
在Cu-WC-Bi-W觸頭材料中，借助于WC尤其是Bi存在迭加效應(yīng)Cu-W觸頭的抗焊性被改善了。不過，仍然觀察到耐磨特性是分散的。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于真空斷路器的觸頭材料，它具有優(yōu)良的大電流遮斷特性，同時(shí)具有低的切斷電流特性以及改進(jìn)的耐磨特性，從而滿足用于嚴(yán)峻條件下，真空斷路器的要求。
我們發(fā)現(xiàn)，對于一種高導(dǎo)電元素的一種防弧元素組成的合金系統(tǒng)，如果它們的比率是最佳的，尤其是如果合金中防弧元素的顆粒尺寸以及防弧顆粒的平均顆粒距離最佳化到特定值，那么本發(fā)明的目的就會(huì)有效地被達(dá)到。
用于本發(fā)明的真空斷路器的一種觸頭材料是一種Ag-或Ag-Cu金屬碳化物(由于習(xí)慣，一種防弧成分總被表示為WC)的觸頭材料，包括從Ag與/或Cu選取的高導(dǎo)電率的成分以及一種例如WC的防弧成分，此外(1)高導(dǎo)電率成分(Ag與Cu的總量)的含量為25%至70%體積比;
(2)防弧成分的含量為30%到75%體積比，此處所進(jìn)的防弧成份是從包含Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo及W的族中選取的一種元素的至少一種碳化物以及(3)具有平均顆粒尺寸0.3到3微米的防弧成分以0.1至1微米的平均顆粒距離存在。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，可以存在一種從Fe.Co和Ni中選取的輔助成份，其含量不大于10%體積比。


圖1是應(yīng)用了本發(fā)明的觸頭材料的一種真空斷路器的截面圖;
圖2是圖1中所示真空斷路器的電極部分放大的截面圖。
雖然用來描述本發(fā)明的觸頭材料其中的高電導(dǎo)成分是Ag，防弧成份用WC表示，但并不限于此。
為了同時(shí)改善Ag-WC觸頭材料的大電流遮斷特性和耐磨特性，觸頭材料中Ag的含量以及在觸頭材料中WC的存在形式，即平均顆粒距離以及WC顆粒的顆粒尺寸被控制到一個(gè)最佳的范圍是重要的。尤其極端重要的是遮斷電流本身被保持為一大的數(shù)值，而其分散寬度被減小，以及對于特定的范圍，磨損量被阻止，并且避免與通斷過程的進(jìn)行有關(guān)的變化(磨損的增加)。上述大電流遮斷特性與觸頭之間的汽化物的量(汽化物壓力以及根據(jù)材料物理特性的熱傳導(dǎo))以及從觸頭材料發(fā)射出的電子有關(guān)。因而，重要的是，觸頭被自控在這樣的狀態(tài)下，即使得在遮斷過程期間在電極之間間隙處釋放出的汽化物的量剛好足夠。借助于同時(shí)控制WC的顆粒尺寸以及其平均的顆粒距離，這種自控成為可能。
這就是說，在用Ag-WC表示的Ag與防弧材料型合金中，下述缺點(diǎn)可能發(fā)生。當(dāng)在防弧材料(這時(shí)是WC)的沸點(diǎn)處合成結(jié)果被Ag蒸汽的量所影響時(shí)，Ag蒸汽的壓力顯著低于前述的Cu-Bi系統(tǒng)中Bi蒸汽的壓力，因此造成溫度波動(dòng)，即根據(jù)陰極斑點(diǎn)固定于其上的觸頭部件(Ag或防弧材料)的蒸汽量的波動(dòng)。最終證實(shí)分散性是明顯的。人們向來認(rèn)為，使用先有技術(shù)中由銀和一種防弧材料結(jié)合制成的合金在電流遮斷過程中控制觸頭表面劇烈的溫度變化并維持電弧是困難的。已經(jīng)斷言，為了獲得較高性能必須使用輔助技術(shù)。前述的日本專利申請?zhí)?9851/1982披露了一種改進(jìn)工藝。這一日本專利申請?zhí)岢隽艘环N技術(shù)，其中談到借助使用Ag-Cu合金作為高電導(dǎo)成分會(huì)使晶體顆粒很好地分布。按照這一技術(shù)，產(chǎn)品的性能被極大地穩(wěn)定了。電弧主要被穩(wěn)定的位置是防弧成份或Ag-Cu合金。在任何情況下，Ag-Cu蒸汽的進(jìn)給被控制從而改善了遮斷電流特性。不過，當(dāng)電弧被穩(wěn)定在防弧成分上時(shí)可能發(fā)生一些分散。
另一方面，通過改進(jìn)防弧成份分散寬度得到改善。因而這表明防弧材料的顆粒尺寸在大電流遮斷特性中起重要作用，同時(shí)表明，通過考慮在觀察到分離的觸頭材料的情況下的表明顯著的分散的觀察結(jié)果，應(yīng)該使用特定范圍的顆粒尺寸(防弧材料的尺寸為其初始顆粒尺寸的大約10到大約20倍)。
雖然如日本專利申請?zhí)?9851/1982所述，借助于控制Ag及Cu的量以及WC的顆粒尺寸在某些特定值，可以改善其切斷電流特性，但上述技術(shù)既未提供改進(jìn)的大電流遮斷特性，也不確保低而穩(wěn)定的耐磨損特性。
如上所述，觸頭組織的精細(xì)和均勻借助于利用細(xì)的WC粉末，利用特定數(shù)量的Ag以及利用最佳狀態(tài)的WC粉末(平均顆粒距離)來達(dá)到。因而本發(fā)明的觸頭材料呈現(xiàn)穩(wěn)定的大電流遮斷特性和抗磨特性。被焦耳熱及在通過過程中的電弧熱所蒸發(fā)的Ag的量即使在多次通斷過程之后也被控制，因而本發(fā)明的觸頭材料呈現(xiàn)穩(wěn)定的大電流遮斷特性。
為了改進(jìn)上述狀態(tài)，防弧成份WC的平均顆粒尺寸被設(shè)定于特定的最佳范圍之內(nèi)，WC顆粒的平均顆粒距離也被設(shè)定在一特定范圍內(nèi)，以便控制決定大電流遮斷特性的高導(dǎo)電成分(Ag)的蒸發(fā)的量。
這樣，銀成份的蒸發(fā)狀態(tài)可以被控制而不損壞抗磨性能，結(jié)果使大電流遮斷性能被穩(wěn)定。
如果WC成分的平均顆粒尺寸大于3微米(例如用平均顆粒尺寸為6至44微米的WC成分作的試驗(yàn))，即使WC顆粒的平均顆粒距離在特定值的范圍內(nèi)，即在0.1到1微米的范圍內(nèi)(對照例A5)，大電流遮斷特性也將減小。如果WC成分的平均顆粒尺寸小于0.3微米，在觸頭表面就會(huì)觀察到裂縫，即使WC成份的平均顆粒距離在0.1到1微米的范圍內(nèi)，抗磨特性的穩(wěn)定性也會(huì)受到損害。在相同量WC的情況下，如果WC的平均顆粒距離較小(小于0.1微米)，在遮斷過程中，銀的蒸發(fā)和對電極間隙的進(jìn)給傾向于增加，因而大電流遮斷特性變差。
當(dāng)WC的顆粒尺寸在0.3到3微米的特定范圍內(nèi)時(shí)，可以在某個(gè)定值上獲得大電流遮斷特性和抗磨特性。當(dāng)WC顆粒的平均顆粒距離也在特定值之內(nèi)時(shí)，兩個(gè)特性的分散寬度顯著地小，這些特及其穩(wěn)定度被改進(jìn)了。
為了改進(jìn)大電流特性和抗磨特性，本發(fā)明中本質(zhì)的是存在平均顆粒尺寸0.3到3微米的防弧成分，同時(shí)保持平均顆粒距離為0.1到1微米，在含高導(dǎo)電成分和防弧成分情況下，此處高導(dǎo)電成分是Ag與/或Cu，含量為25%到70%體積比，防弧成分是從Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，MO，及W中選取的至少一種元素的碳化物。
這樣，在遮斷過程中，決定大電流遮斷特性的釋放于電極之間的空隙的高導(dǎo)電率元素的量被自控到不利地影響電流遮斷的范圍，同時(shí)觸頭磨損被減少了。
在相同量的WC的情況下，具有較小較細(xì)的顆粒尺寸的WC，當(dāng)施加同樣的熱輸入時(shí)(例如在遮斷過程中的電弧)，提供電弧斑點(diǎn)部分或其圓周微細(xì)部分(溫度被升高的部分)的增加的溫升。如果WC的平均顆粒距離小到某一程度，溫升則相應(yīng)地增加，從而減少圍繞WC顆粒的Ag(高導(dǎo)電元素)的磨蝕和蒸發(fā)。
如果WC的平均顆粒距離大到某一程度，電弧斑點(diǎn)就趨向于分成一個(gè)WC部分和一個(gè)Ag部份，并且特性的分散寬度將被增加。
因?yàn)檫@種現(xiàn)象，選取足夠大的WC的顆粒尺寸并選取最佳范圍的WC的平均顆粒距離同時(shí)滿足是必要的。
現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明。
圖1是一種真空斷路器截面圖，圖2是這個(gè)真空斷路器電極部分的放大的截面圖。
圖1中，標(biāo)號(hào)1表示斷路室，斷路室1借助于基本上呈管狀的由絕緣材料制成的絕緣容器2以及金屬帽4a，4b，通過配備的密封金屬3a，3b放置于2的兩端來真空密封。
在上述的斷路室1內(nèi)安置配置在導(dǎo)電桿5與6相對側(cè)的電極7和8。上電極7是靜止電極，下電極8是可動(dòng)電極?？蓜?dòng)電極8的電極桿6被裝上波紋管9，借此在保持?jǐn)嗦肥?真空密封的同時(shí)使電極8能沿軸向運(yùn)動(dòng)。波紋管9的上部安裝有金屬的電弧屏蔽10，用來阻止波紋管9被電弧和金屬蒸汽包圍。標(biāo)號(hào)11代表一金屬電弧屏蔽，它被如此安置在斷路室1內(nèi)，使得金屬電弧屏蔽罩住上述電極7和電極8。這防止了絕緣容器2被電弧和金屬蒸汽包圍。如放大后的視2所示，電極8借助于一銅焊部分12被固定在導(dǎo)電桿6上，或借助于擠縫用壓力連接。觸頭13a借助于銅焊在14處固定在電極8上。用銅焊把觸頭13b固定在電極7上。
下面描述生產(chǎn)觸頭所用材料的工藝的一個(gè)例子。在生產(chǎn)之前，防弧成分和輔助成分根據(jù)所需的顆粒尺寸被分級。例如，使用過篩工藝與沉淀工藝相結(jié)合以便容易地獲得具有特定顆粒尺寸的粉末。
首先，具有特定微粒尺寸的WC的一定數(shù)量與具有特定微粒尺寸的特定量的Ag的部分被提供，混合之后加壓模制即獲得粉末模壓的產(chǎn)品。
粉末壓制品然后在露點(diǎn)不大于50℃的氫氣中或在不大于1.3×10-1Pa的真空中用某一特定溫度，例如1150℃(一小時(shí))被予燒結(jié)，從而得到予燒結(jié)體。
然后在1150℃的溫度下把一特定量的銀滲入予燒結(jié)體中的細(xì)孔中一小時(shí)從而獲得Ag-WC合金。雖然滲透主要在真空中進(jìn)行，也可以在氫氣中進(jìn)行。
下面描述在觸頭生產(chǎn)工藝中在一個(gè)觸頭內(nèi)調(diào)整WC顆粒的平均顆粒距離的例子。本發(fā)明中一種合金的WC的平均顆粒距離可以根據(jù)粉末狀態(tài)例如WC顆粒的形狀，WC粉末的表面污染情況，WC顆粒的顆粒尺寸，WC顆粒的顆粒尺寸分布，以及在WC顆粒中雜質(zhì)的數(shù)量和類型而改變。WC的平均顆粒距離也與燒結(jié)輔助劑的存在，與高導(dǎo)電材料混合的時(shí)間長短，潤滑劑的存在，成型壓力，燒結(jié)溫度以及滲透操作溫度有關(guān)。
例如，600克平均顆粒尺寸為0.7微米的WC粉末，600克平均顆粒尺寸為5微米的Ag粉末與作為燒結(jié)輔助劑的10.5克平均顆粒尺寸為5微米的Co粉末在一球形碾磨機(jī)內(nèi)混合兩小時(shí)，所生成的混合物在一特定壓力下形成定型產(chǎn)品，成型后的產(chǎn)品在一可控溫度下被燒結(jié)以便獲得一個(gè)燒結(jié)體，把銀在1050℃的溫度下滲透進(jìn)燒結(jié)體的細(xì)孔內(nèi)，從而獲得一種40% WC-59.3%Ag-0.7%Co合金，所述合金中WC顆粒的平均顆粒距離為0.3微米。借助于粉末狀態(tài)，成型壓力和燒結(jié)溫度的聯(lián)合控制獲得一種具有另一平均顆粒距離的Ag-WC合金。
借助使用具有另一顆粒尺寸的WC進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)以便獲得具有特定的WC的平均顆粒距離的合金。上述的條件可以根據(jù)WC的顆粒尺寸改變。
一種評估本發(fā)明例子中獲得的數(shù)據(jù)的方法以及評估條件說明如下。
1大電流遮斷特性表面粗糙度為5微米的一個(gè)平電極與一表面粗糙度相同的曲率半徑為100R的凸電極相對置，兩電極裝于具有通斷機(jī)構(gòu)的可裝電極的抽成真空(真空度不大于10-3Pa)的真空容器內(nèi)。對其施加40Kg的負(fù)荷。在通斷過程中施加7.2KV，31.5KA的電力。當(dāng)通斷過程重復(fù)10次時(shí)，確定是否在無焊接及無重燃的條件下能夠遮斷。當(dāng)通斷過程達(dá)到10次之前，經(jīng)常觀察到焊接和重燃時(shí)停止試驗(yàn)。
2抗磨損特性與上述相同的電極用上述方法對置安裝。
在真空度不大于10-3Pa的真空容器內(nèi)，在7.2KV 4.4KA條件下進(jìn)行通斷1000次。測量在這樣處理之前后的電極的重量來確定磨損。當(dāng)例2的磨損量作為1時(shí)，所得的數(shù)據(jù)是相對值。
3受試驗(yàn)觸頭生產(chǎn)被試驗(yàn)觸頭的材料及相應(yīng)的數(shù)據(jù)如表1所示。
如表1所示，一種Ag-WC合金中Ag(在某些情況下，一種Ag-Cu合金)的量在15%到83%的范圍內(nèi)變化，以便制備WC具有特定顆粒尺寸(WC)的試驗(yàn)。用顯微鏡或其它類似物確定具有特定平均顆粒距離的觸頭。選取其中WC的平均顆粒距離小于0.1微米到2.2微米的試樣。如上所述，主要借助于控制成型壓力、燒結(jié)溫度、初始劑量(一部分銀事先在WC中混合，所得混合物形成需要的形狀)來獲得這些觸頭。
此外，改變所用的防弧成份的類型來評定產(chǎn)品的性能。
例A1至A3以及對照例A1和A2提供一種平均顆粒尺寸約為0.1微米的WC粉末和4種平均顆粒尺寸為0.3到6微米(平均顆粒尺寸0.1微米的WC粉末借助于從平均顆粒尺寸為0.3微米的粉末中收集精細(xì)部分獲得)的WC粉末以及平均顆粒尺寸為5微米的Ag粉末。
在一特定比重下把Ag和WC的粉末混合，而后在每平方厘米零到8公噸的范圍內(nèi)適當(dāng)選取成型壓力成型;使得在燒結(jié)之后骨架內(nèi)的收留孔被調(diào)節(jié)，在某種情況下，制備一個(gè)僅由WC制成的骨架并進(jìn)行類似上述的操作。
有幾種制成的觸頭，其中Ag的最終量為從34%到35%體積比。這些觸頭按照上述的測定方法進(jìn)行大電流遮斷特性和抗磨損特性的試驗(yàn)。
由表1可見，在WC的顆粒尺寸為0.1微米及WC的平均顆粒距離小于0.1微米的觸頭的情況下，在遮斷試驗(yàn)中幾次通斷過程之后，觸頭則呈現(xiàn)無遮斷能力，并且在4.4KA遮斷1000次之后，材料的損失是大的(對照例A1)
與此相對，在WC的顆粒尺寸為0.3到3微米及WC的平均顆粒距離為0.1到1微米的觸頭情況下，31.5KA的電流被成功地遮斷了10次，而且抗磨性穩(wěn)定(例A1到A3)，在WC的顆粒尺寸為6微米以及平均顆粒距離較大的觸頭的情況下，則不能得到足夠的遮斷性能和抗靡特性(對照例A2)。
已經(jīng)指出，WC的顆粒尺寸最好在0.3到3微米的范圍內(nèi)，平均顆粒距離最好在0.1到1.0微米的范圍內(nèi)。
例A4到例A7以及對照例A3到A6在平均顆粒距離為0.08微米因而落在最佳范圍之外(WC的平均顆粒距離為0.1到1微米)的試樣的情況下，即使WC的顆粒尺寸為0.7微米從而落在上述的最佳范圍之內(nèi)(WC的顆粒尺寸為0.3到3微米)時(shí)(對照試驗(yàn)A3)，由表1可見，大電流遮斷特性和抗磨損特性是差的。在WC的平均顆粒距離為22微米從而落在最佳范圍(對照例A4)之外的試樣的情況下，兩個(gè)特性都差。觀察到發(fā)生局部焊接(對照例A4)。
在WC的顆粒尺寸為6微米(最佳范圍之外)的試樣的情況下，即使WC的平均顆粒距離為0.3微米而落在最佳范圍之內(nèi)時(shí)，兩個(gè)特性也都差(對照試驗(yàn)A5)。
從上述結(jié)果可見，當(dāng)試樣中Ag的量(即高導(dǎo)電成分的量)在如上例A1，A2，A3，A4，A5和A6中所述的25%體積到70%體積的范圍之內(nèi)時(shí)則獲得好的特性。在試樣中Ag的量較小的情況下，即從15-16%體積(對照例A3)時(shí)，所有的遮斷試驗(yàn)(10次)都呈現(xiàn)不能遮斷。在試樣中Ag的量較大的情況下，即從82%體積-83%體積時(shí)(對照例A4)，它的抗磨特性被顯著變差。
雖然上述的高導(dǎo)電成分是銀，也可使用Ag-Cu作為高導(dǎo)電成份。在Ag-Cu的情況下，因?yàn)閃C的顆粒尺寸和平均顆粒距離都在特定范圍內(nèi)(例A7)，兩個(gè)特性都是好的。在例7中，Cu占Ag和Cu總量的百分比為60%體積。如果Cu的百分比為80%體積，其抗接觸性呈現(xiàn)分散，并且趨于增加。在這種情況下，試驗(yàn)被終止(對照例A6)例A8到A21上述的例A1到A7以及對照例A1到A6所有例子中的防弧成份為WC。當(dāng)防弧成分的平均顆粒尺寸和平均顆粒距離在上述的特定范圍之內(nèi)時(shí)，使用WC之外的其它防弧成份，即TiC，ZrC，HfC，Vc，NbC，TaC，Cr3C2和Mo2C(例A8到A15)都獲得了相似的好的結(jié)果。
借助于控制防弧成份的顆粒尺寸和平均顆粒距離在上述的特定范圍之內(nèi)，即使防弧成份是幾種而非一種(例A16)時(shí)，也都獲得好的結(jié)果。當(dāng)在例A8到A21中加上Ni，Co或Fe作為輔助成份時(shí)，類似的好的結(jié)果也被得到了。
當(dāng)輔助成份的量達(dá)到10%體積時(shí)，得到了好的結(jié)果(例A17)。
從例A1直到A21中可見，通過選自Ag和/或Cu的高導(dǎo)電成分中選出特定的數(shù)量，選擇平均顆粒尺寸為0.3至3微米的耐弧成分，并且防弧成分的平均顆粒距離控制在0.1至1微米的范圍，通過這種選擇可以獲得良好的大電流遮斷特性和良好的耐磨性。
真空斷路器需要具有低浪涌性能，因此在現(xiàn)有技術(shù)中必須具有低斷流特性(低斷路特性)。
近年來，真空斷路器已經(jīng)廣泛地用于例如大容量電動(dòng)機(jī)一類的電感電路以及高沖擊阻抗負(fù)載。因此，真空斷路器必須同時(shí)具有更穩(wěn)定的低斷流特性和令人滿意的大電流遮斷特性。
在此之前沒有能同時(shí)滿足上述兩種特性的觸頭材料。
對于WC-Ag合金構(gòu)成的觸頭來說(日本專利申請68447/1967和美國專利3，683，138號(hào))，斷流值本身是不夠的，并且沒有注意到大電流遮斷特性的改善。
對于重量百分?jǐn)?shù)為10%的Bi-Cu合金(日本專利公開14974/1960號(hào)-美國專利2975，256號(hào))，進(jìn)入電極之間的間隙的金屬蒸汽數(shù)量隨著通斷次數(shù)的增加而減少，使低斷流特性出現(xiàn)惡化，并且耐壓特性也會(huì)惡化，耐壓特性的惡化取決于具有高蒸汽壓力的元素?cái)?shù)量。
對于重量百分?jǐn)?shù)為0.5%的Bi-Cu合金(日本專利公開12131/1966號(hào)和美國專利3，246，979號(hào))，其低斷流特性是不夠的。
對于Ag和Cu的重量比約為7∶3的Ag-Cu-WC合金(日本專利申請39851/1982號(hào))，以及耐弧材料顆粒尺寸為0.2至1微米的合金(日本專利申請216648/1985號(hào))來說，沒有注意到大容量遮斷特性的改善。
我們發(fā)現(xiàn)，通過對上述觸頭材料的成分，結(jié)構(gòu)和相對密度進(jìn)行調(diào)整，可以獲得具有改進(jìn)特性的Ag-Cu-WC觸頭材料。
按照本實(shí)施例的真空斷路器觸頭材料是這樣一種用于真空斷路器的Ag-Cu-WC-Co觸頭材料，它包括選自Ag和/或Cu的一種高導(dǎo)電成分，一種WC耐弧成分，以及一種從Co，F(xiàn)e，Ni及其結(jié)合構(gòu)成的組中選取的附加成分，其中(A)觸頭材料的成分是一種合成物，其中(ⅰ)上述高導(dǎo)電成分的含量占體積的25%-65%，并且在高導(dǎo)電成分[Ag/(Ag+Cu)×100]的總量中Ag所占的體積百分?jǐn)?shù)為40%-100%，(ⅱ)附加成分的含量不大于體積的1%，以及(ⅲ)其余部分是防弧成分;
(B)上述觸頭材料的構(gòu)成是(ⅰ)上述觸頭材料的一部分或全部由高導(dǎo)電成分組成的基體和顆粒尺寸不大于3微米的耐弧成分組成的構(gòu)架構(gòu)成，并且其余部分僅有一種高導(dǎo)電成分，這一其余部分形成至少為5微米的近似島狀結(jié)構(gòu)，并且(ⅱ)在不包括上述島狀結(jié)構(gòu)部分的剩余部分中，上述耐弧成分中不連續(xù)的顆粒間的平均顆粒距離為0.1至0.5微米(按公式(1)計(jì)算)λwc＝ 2/3 ·dwc( (fi)/(fwc) -1) (1)其中的λwc是WC的平均顆粒距離(μm);dwc是WC的顆粒尺寸;fi是不包括島狀結(jié)構(gòu)的其他部分的體積百分?jǐn)?shù);以及fwc是WC的體積百分?jǐn)?shù);以及，(c)觸頭的相對密度至少占體積的90%。
下面描述本實(shí)施例。
使由觸頭材料所決定的斷流值最小，是保證低浪涌性能的一個(gè)必要條件。這一斷流值是一個(gè)具有統(tǒng)計(jì)分布的數(shù)值，并且不同于每次都能再現(xiàn)同一數(shù)值的物理性能值。根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該數(shù)值定義為多次測試中所獲得的最大值。為了使這一最大值減少，必須減小分布的平均值及其方差。
對于包含金屬成分的觸頭材料，電流切斷現(xiàn)象起因于下述情況，即由于電流的減小使輸入能量減小，在電弧的陰極斑點(diǎn)中，維持電弧放電(金屬離子和電子)、金屬蒸汽以及觸頭材料發(fā)射的熱電子的剩余電荷在交流電流的過零點(diǎn)處很快地耗盡。因此，為了減少斷流值的平均值，重要的是導(dǎo)電成分的蒸汽壓力要很高，觸頭材料整體的導(dǎo)熱性要低，用耐弧材料的再生效應(yīng)補(bǔ)償隨著電流減小而減小的電弧輸入能量，以及把必要數(shù)量的金屬蒸汽的蒸發(fā)過程中的能量消耗維持在接近電流過零點(diǎn)的水平。為了這一目的，最好使耐弧材料的數(shù)量大于某一特定數(shù)量。換句話說，就是最好使導(dǎo)電成分的數(shù)量小于某一特定數(shù)量。對于Ag-WC和Ag-Cu-Wc觸頭來說，最好使導(dǎo)電成分的數(shù)量不大于體積的65%。
此外，最好使燒結(jié)附加成分例如CO的數(shù)量最小，因?yàn)闊Y(jié)附助材料的存在會(huì)抑制斷路特性。
觸頭的表面實(shí)際上是運(yùn)動(dòng)的，因此，如果觸頭材料的結(jié)構(gòu)不均勻，電弧的陰極斑點(diǎn)會(huì)使斷流值呈現(xiàn)出增大的分散現(xiàn)象。對于Ag-WC和Ag-Cu-WC觸頭來說，有必要使WC的顆粒尺寸不大于3微米，以便使斷流值的分散減至最小。
另一方面，為了提供大電流遮斷的可能性，需要使電流遮斷過程中產(chǎn)生的金屬蒸汽的密度降低，并且在遮斷后使絕緣容易恢復(fù)。然而，對Ag-WC和Ag-Cu-WC觸頭來說，陰極斑點(diǎn)發(fā)射出的金屬蒸汽數(shù)量按照低浪涌性能的標(biāo)準(zhǔn)(低斷流特性)來看肯定是過大的。因此，為了降低金屬蒸汽密度，電流的陰極斑點(diǎn)必須平滑地漫射到觸頭的表面上，并且必須降低陰極斑點(diǎn)的密度。從WC/Ag的交界面上發(fā)射出的金屬蒸汽最多，因此可以想到WC最后具有窄小的顆粒距離，以使電弧的陰極斑點(diǎn)平滑運(yùn)動(dòng)。然而，如果配制的觸頭材料具有極小的顆粒距離，WC會(huì)出現(xiàn)晶粒生長或膠結(jié)現(xiàn)象，并且反而使顆粒距離增大。因此，為了使材料配方中WC的平均顆粒距離減至最小，最好是根據(jù)觸頭材料的成分用上述公式(1)計(jì)算平均顆粒距離，并且WC的顆粒尺寸應(yīng)為0.1至0.5微米。
對于Ag-WC和Ag-Cu-WC觸頭來說，如果導(dǎo)電成分的數(shù)量小于體積的25%，其導(dǎo)電性將會(huì)明顯地降低，從而使大電流難于通過。
進(jìn)一步說，如果觸頭材料的相對密度較低，吸附在微孔中的氣體或吸入的氣體將會(huì)在大電流放電過程期間釋放出來，并且由于真空度的降低將會(huì)出現(xiàn)擊穿。因此難于遮斷大電流。
如上所述，遵照適當(dāng)數(shù)量的導(dǎo)電成分，足夠小的Co含量，足夠好的WC粒度，適當(dāng)?shù)腤C平均顆粒距離(計(jì)算值)，以及足夠高的觸頭相對密度，可以使低斷流特性和大電流遮斷特性結(jié)合在一起。
以下將描述本實(shí)施例的觸頭材料的一例制造方法。在制做之前，對耐弧成分和附加成分按必要的顆粒尺寸要求分類。例如，為了易于獲得具有特定顆粒尺寸的粉末，分類工作可以用一個(gè)篩選工序結(jié)合調(diào)整工序來完成。首先，備好具有特定顆粒尺寸和特定數(shù)量的WC，CO和/或C，以及一部分特定數(shù)量的具有特定粒度的Ag，混合后壓模成粉末模制產(chǎn)品。
然后在一個(gè)露點(diǎn)不高于-50℃的氫氣中或是真空度不超過1.3×10-1Pa的真空中以特定的溫度，例如1.150℃(持續(xù)1小時(shí))對粉末模制產(chǎn)品進(jìn)行予燒結(jié)，獲得一種予燒結(jié)體。
然后把特定數(shù)量的具有一定比例的Ag-Cu滲入予燒結(jié)體的剩余空隙中，以1.150℃的溫度持續(xù)1小時(shí)，得到一種Ag-Cu-Co-WC合金。滲入程序大體上是在真空中進(jìn)行，也可以在氫氣中進(jìn)行。
合金中導(dǎo)電成分的Ag/(Ag+Cu)比例是按以下方法控制的，例如，把原先就具有特定的Ag/(Ag+Cu)比例的坯料置于真空度為1.3×10-2Pa的真空中以1200℃的溫度熔化，并將所得到的產(chǎn)品切割后用做滲入的原料。另一種控制導(dǎo)電成分Ag/(Ag+Cu)比例的方法是可以予先在WC中混合一部分特定數(shù)量的Ag或Ag+Cu，以便制成一種予燒結(jié)體。從而可以獲得具有理想成分的觸頭合金。
調(diào)整導(dǎo)電成分的總量，在予燒結(jié)過程中予先滲入WC的導(dǎo)電成分?jǐn)?shù)量(通過在予燒結(jié)過程中予先摻入WC的方式進(jìn)入觸頭材料的導(dǎo)電成分在導(dǎo)電成分總量中所占的比例在此處稱為“予先摻合百分?jǐn)?shù)”)，Wc的顆粒尺寸，以及CO的含量，從而控制WC的平均顆粒距離。此外使用的WC的平均顆粒距離是根據(jù)公式(1)得到的值，實(shí)際的WC平均顆粒距離呆以按下式計(jì)算λwc＝ 2/3 dwc( (100-(PE/100)·fE)/(100-fE-fCO) -1) (2)其中的λwc是滲入部分中的WC平均顆粒距離(μm)，dwc是WC的顆粒尺寸(μm)，fE是導(dǎo)電成分的數(shù)量(體積百分?jǐn)?shù)vol%)，fco是CO的含量(體積百分?jǐn)?shù)vol%)，以及PE是予先摻合百分?jǐn)?shù)(體積百分?jǐn)?shù)vol%)。
所謂滲入部分指的是除了島狀結(jié)構(gòu)之外的剩余部分，也就是由高導(dǎo)電成分組成的基體和耐弧成分構(gòu)成的構(gòu)架所構(gòu)成的部分，耐弧成分具有不大于3微米的顆粒尺寸。
以下將描述上述實(shí)施例中的觸頭材料實(shí)例。
獲取測試數(shù)據(jù)的方法和測試條件與上述例A相同。
測試用的觸頭制造測試用的觸頭的材料及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)如表2所示。
參見表2，在Ag-Cu-WC-CO合金中，導(dǎo)電成分的合成物是體積百分?jǐn)?shù)為69vol%的Ag-Cu(例B21至B24以及比較例B14和B15除外)。導(dǎo)電成分的數(shù)量，即Ag+Cu，在20至70wt%的重量百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)變化，并且在Ag和Cu[Ag/(Ag+Cu)×100]的總量中Ag所占的比率是在0到100wt%的重量百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)變化。CO的含量在0至7wt%的重量百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)變化，并且WC的顆粒尺寸是在0.3至5微米范圍內(nèi)變化。WC的平均顆粒距離按公式(2)變化，即調(diào)整導(dǎo)電成分的數(shù)量，WC的顆粒尺寸以及予先摻合百分?jǐn)?shù)(通過予先摻合而進(jìn)入的導(dǎo)電成分在觸頭的導(dǎo)電成分總量中所占的比例)。
在所述的實(shí)例中，為了改變WC的平均顆粒距離，在導(dǎo)電成分?jǐn)?shù)量，WC顆粒尺寸，CO含量以及予先摻合百分?jǐn)?shù)等參數(shù)中僅改變一個(gè)參數(shù)。
<例B1，B2以及參照例B1B2>
僅改變觸頭中的導(dǎo)電成分?jǐn)?shù)量，并測驗(yàn)觸頭的特性。當(dāng)導(dǎo)電成分的數(shù)量占體積的25%-40%時(shí)(例B1和B2)，WC的平均顆粒距離適當(dāng)，觸頭的遮斷特性好。此外，由于導(dǎo)電成分?jǐn)?shù)量相對較小，觸頭的斷路特性也好。相反，如果導(dǎo)電成分的數(shù)量大于體積的55%(比較例B1和B2)，WC的平均顆粒距離較大，遮斷性能下降。此外，由于導(dǎo)電成分的數(shù)量過大，其斷路特性也會(huì)降低。
<例B3，B4，以及比較例B3，B4>
僅改變觸頭中的WC顆粒尺寸，并測驗(yàn)觸頭的特性。當(dāng)WC的顆粒尺寸為0.3至0.8微米時(shí)(例B3和B4)，WC平均顆粒距離適當(dāng)，并且觸頭的遮斷特性好。此外，由于導(dǎo)電成分的數(shù)量相對較小，其斷路特性也好。相反，如果WC的顆粒尺寸是1.5至3.0微米(對照例B3和B4)，由于導(dǎo)電成分?jǐn)?shù)量不變，觸頭的斷路特性處在合格的范圍內(nèi)。然而，WC的平均顆粒距離較大，使其遮斷性能下降。
<例B5，B6，B7，并對照B5，B6>
僅改變觸頭中的CO含量，并測驗(yàn)觸頭的特性。由于WC含量的變化很小，由CO含量的變化引起的WC的平均顆粒距離變化很小，觸頭的遮斷性能在各例中以及比較例中都好。當(dāng)CO含量不大于體積的1%時(shí)(例B5，B6及B7)，由于CO含量足夠小，觸頭的斷路特性好，如果CO含量大于體積的1%(比較例B5和B6)，觸頭的斷路特性降低。
<例B8，B9和B10以及對照B7，B8>
把導(dǎo)電成分的總量保持在體積的25%不變，僅改變予先摻合百分?jǐn)?shù)，并測驗(yàn)觸頭的特性。當(dāng)予先摻合百分?jǐn)?shù)不大于體積的40%時(shí)(例B8，B9和B10)，WC的平均顆粒距離適當(dāng)，并且觸頭的遮斷特性好。此外，由于導(dǎo)電成分的數(shù)量相對較小，其斷路特性也好。相反，如果予先摻合百分?jǐn)?shù)大于體積的50%(對照例B7和B8)，因?yàn)閷?dǎo)電成分的數(shù)量未變，觸頭的斷路特性不變。然而，WC的平均顆粒距離較小，使其遮斷性能下降。
<例B11和B12，并對照B9和B10>
把導(dǎo)電成分的總量保持在體積的65%不變，僅改變予先摻合百分?jǐn)?shù)，并測驗(yàn)觸頭的特性。當(dāng)予先摻合百分?jǐn)?shù)大于體積的55%時(shí)(例B11和B12)，平均顆粒距離適當(dāng)，并且遮斷特性好。此外，由于導(dǎo)電成分的數(shù)量相對較小，其斷路特性也好。相反，如果予先摻合百分?jǐn)?shù)小于體積的40%(比較例B9和B10)，由于導(dǎo)電成分的數(shù)量未變，觸頭的斷路特性不變。然而，WC的平均顆粒距離較大，使其遮斷性能下降。
從上述例B1至B12以及比較例B1至B10中可見，只要是導(dǎo)電成分的總量不大于體積的40%，WC的顆粒尺寸不大于3微米，并且CO的含量不超過體積的1%，就可以獲得良好的斷路特性。除了斷路特性之外，為了得到好的遮斷性能，WC的平均顆粒必須在0.1至0.5微米之間，并且的相對密度至少為體積的90%。
在上述例B1至B12以及比較例B1至B10中，盡管WC的平均顆粒距離是由公式(2)右側(cè)的任意一個(gè)參數(shù)來控制的，用改變至少兩個(gè)參數(shù)的方式來擴(kuò)大導(dǎo)電成分的數(shù)量范圍和WC的顆粒尺寸范圍，也能使WC的平均顆粒距離達(dá)到0.1至0.5微米。在以下的實(shí)例和比較例中，導(dǎo)電成分的數(shù)量，WC的顆粒尺寸以及予先摻合百分?jǐn)?shù)是變化的。
<例B13至B16，并對照例B18，B12>
改變觸頭中的導(dǎo)電成分?jǐn)?shù)量，同時(shí)改變其予先摻合百分?jǐn)?shù)，并且對WC平均顆粒距離最接近0.3微米范圍的觸頭進(jìn)行特性測驗(yàn)。當(dāng)導(dǎo)電成分的數(shù)量為體積的25%至65%時(shí)(例B13至B16)，WC的平均顆粒距離適當(dāng)，并且其遮斷特性很好。此外，由于導(dǎo)電成分的數(shù)量相對較小，其斷路特性也好。當(dāng)導(dǎo)電成分的數(shù)量小于體積的20%時(shí)，(對照例11)，觸頭的導(dǎo)電性不夠，因此其遮斷特性下降。如果導(dǎo)電成分的數(shù)量大于體積的65%(對照例12)，導(dǎo)電成分過大，因此，斷路性能降低。
<例B17至B20，以及對照例B13>
改變觸頭中WC的顆粒尺寸，同時(shí)改變予先摻合百分?jǐn)?shù)，并且對WC平均顆粒距離最接近0.3微米范圍的觸頭進(jìn)行特性試驗(yàn)。當(dāng)WC的顆粒尺寸不大于3微米時(shí)(例B17至B20)，WC的平均顆粒距離適當(dāng)，并且遮斷特性好。此外，由于導(dǎo)電成分的數(shù)量相對較小，觸頭的斷路特性也好。當(dāng)WC的顆粒尺寸超過了微米時(shí)(比較例B13)，即使增大予先摻合百分?jǐn)?shù)，WC的平均顆粒距離你較大。更進(jìn)一步，由于予先摻合百分?jǐn)?shù)較高，使?jié)B入部分中的WC的體積百分?jǐn)?shù)增大，并因此形成封閉的微孔，導(dǎo)致相對密度降低。因此，其遮斷性能急劇下降。
盡管例B1至B20和對照例B1至B13中表明了導(dǎo)電成分中Ag-Cu(一種Ag和Cu的共晶體)占其體積的69%時(shí)的情況，只要是Ag在導(dǎo)電成分中至少占體積的40%，就能得到好的斷路特性和良好的遮斷特性，參見下述實(shí)例(例B21至B24以及對照例B14和B15)。
盡管在例B1至B20中說明的觸頭是用CO做燒結(jié)附助劑的，也可以用其他鐵族元素。如果用Fe或Ni代替CO(例B25和B26)，也可以得到相同的結(jié)果。
從上述例B1至B26以及比較例B1到B15中可見遵照以下條件可以獲得具有低浪涌特性和良好的大電流遮斷特性的真空斷路器觸頭材料，即觸頭材料的導(dǎo)電成分為Ag和/或Cu;Ag在Ag和Cu[Ag/(Ag+Cu)×100]的總量中所占的百分比至少為體積的40%;耐弧成分WC的顆粒尺寸不大于3微米;附加成分的含量(選自Co，F(xiàn)e，Ni及其結(jié)合)不大于體積的1%，按照公式(1)算出的滲入部分中WC的平均顆粒距離在0.1至0.5微米的范圍;以及觸頭材料的相對密度至少占體積的90%。
綜上所述，按照本發(fā)明可以獲得以下效果和優(yōu)點(diǎn)。即能使低沖擊特性和良好的大電流遮斷特性得到改進(jìn)。此外，同時(shí)可以改進(jìn)耐磨性。因此本發(fā)明提供了一種真空斷路器，它大大地提高了上述各種特性的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種真空斷路器的觸頭材料，其特征是包括(a)從Ag、Cu及其結(jié)合構(gòu)成的組中選出的一種高導(dǎo)電成分，占體積的25%-20%；以及(b)占體積的75%至30%的一種耐弧成分，其中包括由Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo，W，及其結(jié)合構(gòu)成的族中選出的一種元素的碳化物；其中上述耐弧成分的平均顆粒尺寸為0.3-3微米，并且上述耐弧成分的平均顆粒距離在0.1至1微米的范圍內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1的真空斷路器觸頭材料，其特征是上述高導(dǎo)電成分包含體積不大于60%的Cu。
3.按照權(quán)利要求1的真空斷路器觸頭材料，其特征是包含體積不大于10%(包括零)的一種由Fe，CO，Ni及其結(jié)合構(gòu)成的組中選出的附加成分。
4.按照權(quán)利要求1的真空斷路器觸頭材料，其特征是(A)，上述觸頭材料的成分是一種合成物，其中(ⅰ)上述高導(dǎo)電成分的含量占體積的25%至65%，并且在高導(dǎo)電成分[Ag/(Ag+Cu)×100]的總量中Ag所占的體積百分?jǐn)?shù)為40%至100%，(ⅱ)附加成分的含量不大于體積的1%，以及(ⅲ)其余含量是耐弧成分;(B)上述觸頭材料的組成是;(ⅰ)上述觸頭材料的一部分或全部由高導(dǎo)電成分組成的基體和顆粒尺寸不大于3微米的耐弧成分組成的構(gòu)架構(gòu)成，并且其余部分僅有一種高導(dǎo)電成分，上述剩余部分形成至少為5微米的近似島狀結(jié)構(gòu)，以及(ⅱ)在不包括上述島狀結(jié)構(gòu)部分的其他部分上述耐弧成分中，平均顆粒距離用公式(1)計(jì)算λwc＝ 2/3 ·dwc( (fi)/(fwc) -1) (1)其中λwc是WC的平均顆粒距離(μm)，dc表示W(wǎng)C的顆粒尺寸(μm)，fi是不包括島狀結(jié)構(gòu)部分的其它部分的體積百分?jǐn)?shù)，以及fwc表示W(wǎng)C的體積百分?jǐn)?shù)，上述λwc的范圍是0.1至0.5微米;以及(c)觸頭的相對密度至少占體積的70%。
全文摘要
一種用于真空斷路器的觸頭材料包括(a)從包括Ag，Ca及其結(jié)合的一組成分中選出的一種高導(dǎo)電成分，占體積的25％—70％，以及(b)占體積的75％—30％的一種耐弧成分，其中包括由Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Cr，Mo，W及其結(jié)合構(gòu)成的族中選出的一種元素的碳化物。其中上述耐弧成分的平均顆粒尺寸為0.3至3微米，該耐弧成分的平均顆粒距離在0.1至1微米的范圍內(nèi)。構(gòu)成真空斷路器觸頭的觸頭材料具有改進(jìn)的耐磨性，大電流遮斷特性，斷路特性以及低溫升特性。
文檔編號(hào)H01H33/66GK1062811SQ9111192
公開日1992年7月15日 申請日期1991年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月28日
發(fā)明者奧富功, 山本敦史, 關(guān)經(jīng)世, 大川干夫, 本間三孝 申請人:株式會(huì)社東芝